第

1章功率電子線路1.3

乙類功率放大器1.3.1變壓器耦合式乙類推挽功放1.3.2

OCL功放電路1.3.3

實(shí)用乙類推挽功放及OTL功放電路1.3.4橋式功率放大器（BTL電路）

乙類工作時(shí)，為在負(fù)載上合成完整的正弦波，必須采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽(Push-Pull)電路。1.3.1變壓器耦合式乙類推挽功放實(shí)現(xiàn)方案：（1）變壓器耦合推挽功放；（2）無輸出變壓器乙類互補(bǔ)推挽功放（OTL）。（3）其它一．變壓器耦合乙類功放電路結(jié)構(gòu)

Tr1：輸入變壓器，利用次級(jí)繞組的中心抽頭將vi(t)

分成兩個(gè)幅值相等，極性相反的激勵(lì)電壓vi1

=-vi2

，分別加在兩管的基－射極之間，實(shí)現(xiàn)兩管輪流導(dǎo)通。

Tr2：輸出變壓器，隔斷iC1

和iC2到負(fù)載的平均分量，并利用初級(jí)繞組的中心抽頭將iC1

和iC2

中的基波分量在RL

中合成，輸出正弦波。

T1和T2：特性配對(duì)、相同導(dǎo)電類型的

NPN

功率管。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上下對(duì)稱二、工作原理

vi1(t)>0

時(shí)，T1

通(忽略發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降)；vi2(t)<0，T2

止，iC1

處于正半周的半個(gè)正弦波。

vi2(t)>0

時(shí)，T2通；vi1(t)<0，

T1

止，iC2

處于負(fù)半周的半個(gè)正弦波。iC1和iC2

中的基波分量在RL

中疊加，輸出完整正弦波。

三、性能分析1.靜態(tài)分析ICQ=0VCEQ=VCC2.交流負(fù)載線過Q點(diǎn)；斜率為-1/RL’RL’=n2RL3.動(dòng)態(tài)分析注意：在正弦信號(hào)激勵(lì)下，iC1、iC2是半個(gè)正弦波，而vCE1、vCE2是完整正弦波。一、電路結(jié)構(gòu)

T1

與T2：特性配對(duì)的互補(bǔ)管二、工作原理

1.3.2

OCL功放電路（OutputCapacitorless）T1

與T2：共C組態(tài)（輸出電阻小，帶載能力強(qiáng)。）

雙電源供電1.靜態(tài)分析vi=0時(shí)，T1和T2均截止，兩管發(fā)射極電位為0。2.動(dòng)態(tài)分析（設(shè)vi的幅度很大，發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通壓降VBE(on)略去）

vi(t)>0

時(shí)，T1

管(NPN型)

導(dǎo)通，T2

管(PNP型)截止，iC1(

iE1)為正半周的半個(gè)正弦波；

vi(t)<0

時(shí)，T2

管導(dǎo)通，T1

管截止，iC2(iE2)為處于負(fù)半周的半個(gè)正弦波。通過RL

的電流

iL

合成完整的正弦波。

T1、T2輪流導(dǎo)通，一推一拉，∴叫推挽。T1是NPN管，T2是PNP管，∴叫互補(bǔ)。T1、T2只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，導(dǎo)通角為180度，∴叫乙類?！嗾w叫互補(bǔ)乙類推挽功放。小結(jié)：上述乙類功率放大器，為實(shí)現(xiàn)器件輪流導(dǎo)通：類型輸入激勵(lì)信號(hào)功率管管型管外電路變壓器耦合極性相反對(duì)管，管型相同均避免了直流功率的損失OCL（互補(bǔ)推挽）極性相同對(duì)管，管型不同三．OCL功放電路的性能分析

1、推挽電路的組合特性乙類推挽功率放大器的組合特性靜態(tài)工作點(diǎn)：Vi>0，T1

通，負(fù)載線AQ過

Q

點(diǎn)，斜率為-

1/RL

；2、性能分析(忽略失真)①一般性能分析在0≤

t≤

時(shí)，iC2=0iC1=Icmsint≤

t≤2時(shí)，iC1=0iC2=Icmsint通過RL的電流：相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：RL上的輸出功率：PL=

Po=VcmIcm/2=I2cmRL/2

正負(fù)電源總的直流功率：

PD=PD1+PD2=2VCCI平均

=2VCCIcm/②若充分激勵(lì)：與RL

相匹配的輸入最大激勵(lì)

令VCE(sat)=0，ICEO=0，則Vcm=VCC，Icm=VCC/RL相應(yīng)Po和PD

達(dá)到最大，即

乙類功放的最大集電極效率比甲類功放高③若激勵(lì)不足

Vcm

減小，引入電源電壓利用系數(shù)

(ksai)表示Vcm的減小程度。

定義

ξ=Vcm/VCC集電極管耗：

分析：當(dāng)輸入激勵(lì)由大減小，即

減小時(shí)，Po、PD、C

均單調(diào)減小，而

PC1

和

PC2

的變化非單調(diào)，時(shí)最大，其值為

功放性能隨

變化的特性：

小時(shí)，PD、Po、C

??；

接近1時(shí)，PD、Po、C大。結(jié)論：

(1)

PC

非單調(diào)變化，兩頭小，中間大。

(2)

PD

隨(激勵(lì))線性增大，與甲類(不變)不同。3、安全工作條件

PCM

PC1max=PC2max=0.2Pomax取其中的小值

檢查二次擊穿。（1）電路已知（VCC、ICQ已知），求管子的PCM、VBR(CEO)、ICM

（2）已知管子的PCM、VBR(CEO)、ICM，求Pomax。說明：以上2、3點(diǎn)結(jié)論，用于變壓器耦合式乙類功放時(shí)，只需將公式中的RL替換為RL’。從原理電路到實(shí)用電路，還需解決如下問題：(1)交越失真——加偏置電路；(2)雙電源——單電源供電OTL

；(3)互補(bǔ)管難配——準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路；(4)安全——過載保護(hù)；(5)充分激勵(lì)——輸入激勵(lì)電路。一、交越失真和偏置電路1．交越失真(CrossoverDistortion)

(1)定義

在零偏置條件下，考慮到發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓波形在過零點(diǎn)處出現(xiàn)的失真，稱交越失真。

1.3.3

實(shí)用乙類推挽功放及OTL功放電路乙類推挽電路時(shí)，兩管的合成傳輸特性交越失真(2)

解決途徑

輸入端兩管適當(dāng)正偏，使BE結(jié)微導(dǎo)通，工作在甲乙類。

由傳輸特性可見：只要VBB取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補(bǔ)償，合成傳輸特性趨近于直線，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。(3)常用電路①

二極管偏置電路②vBE

倍增電路2．二極管偏置電路

電路(IC中偏置二極管通常由三極管取代，如圖(b)、(c))：

問題：偏置電路是否影響輸入信號(hào)vi(t)

的傳輸

解答：二極管正向交流電阻很小，可認(rèn)為交流短路。

實(shí)際：（a）圖中D1、D2也可用一個(gè)D和一個(gè)小電阻代替。3．vBE

倍增電路

(1)偏置電路：由T3、R1、R2

組成，且由電流源

IR激勵(lì)，為互補(bǔ)功率管T1、T2

提供偏置電壓VBB。

B1和B2兩個(gè)基極之間可以看做恒壓源，內(nèi)阻很小，幾乎不影響輸入信號(hào)的傳輸（vb1vb2）。(2)倍增原理式中，VBE3=VTln(IE3/IS)VTln(IR/IS)上式表明：偏置電路提供的偏置電壓VBB

是VBE3

的倍增值，且其值受R1

和

R2

控制，故稱為VBE

倍增電路。

(3)溫度補(bǔ)償：Ｔ↑→

ICQ↑→VBE3→VBB

→

ICQ

二極管偏置電路同樣也有溫度補(bǔ)償作用。二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路(OTL)

1．電路

(1)單電源供電

(2)負(fù)載串接大容量隔直電容CL。VCC與兩管串接，若兩管特性配對(duì)，則VO=VCC/2，CL

等效為電壓等于VCC/2

的直流電源。2．工作原理

T1

管的直流供電電壓：VCC

VO=VCC/2

綜上，單電源供電電路等效為VCC/2和VCC/2的雙電源供電電路。T2

的供電電壓：0

VO=VCC/2。4．性能計(jì)算

（1）最大輸出功率：（2）其它計(jì)算：將OCL公式中的VCC用1/2VCC代替。三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路1．問題的提出：互補(bǔ)要求兩功率管特性配對(duì)，難實(shí)現(xiàn)。

2．解決辦法：采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管，構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。

3．電路

復(fù)合管T1、T2

等效為NPN

型管；T3與T4

等效為

PNP

型管。

其中，T1、T3

為小功率管，它們之間是互補(bǔ)的，T2、T4

為大功率管，它們是同型，便于特性配對(duì)，故稱為準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。

R1，R2(幾百)——

減小復(fù)合管的反向飽和電流。

四、保護(hù)電路

1．必要性：實(shí)際可能發(fā)生負(fù)載短路，電流迅速增大等異?，F(xiàn)象，造成功率管損壞。為安全，應(yīng)有過流，過壓、過熱保護(hù)。2．過流保護(hù)電路

(1)電路：T1、T2：保護(hù)管，R1、R2

：取樣電阻。(2)原理：以保護(hù)管T1

為例。

正常時(shí)，VR1不足以使T1

導(dǎo)通，不起保護(hù)作用。異常時(shí)，VR1使T1導(dǎo)通，分流i1，限制T3

管的輸出電流，起到了限流保護(hù)作用。T2

對(duì)T4

的限流保護(hù)作用同上。五、輸入激勵(lì)電路1．電路

T3：輸入激勵(lì)級(jí)

（1）RB3不是接VCC，而是接A點(diǎn)，目的：直流負(fù)反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。

（2）自舉電路（大電容C2；R1、R2取代RC3）R1R2原始：改進(jìn)：

自舉電路目的：使輸出信號(hào)的振幅盡量接近1/2VCC，即A點(diǎn)的最高電平盡量接近VCC

，也就是要讓T1接近飽和。原始電路:

實(shí)際工作時(shí)，vi的負(fù)半周使iB3↓，iC3↓，RC3上的壓降↓，vM↑，vA↑。但即使iC3=0，∵還有iB1流過RC3，使vB1<vC1∴T1也不能飽和。改進(jìn)辦法：RC3的上端不是接VCC，而是接VBB。當(dāng)A點(diǎn)電位升高使VBB也一起升高（自舉），而且讓VBB>VCC，這樣就可以使T1接近飽和。電路中C2是大電解電容（自舉電容），其兩端電壓基本不變。T1RC3

一、問題的提出1.3.4橋式功